Skupina istraživača iz PML-ove Znanstvene divizije senzora dio je projekta koji će imati izravan učinak na poboljšanu sigurnost pitke vode u zemlji.
Nedavne promjene u pravilima Agencije za zaštitu okoliša (EPA) o pročišćavanju površinskih voda nalažu, među ostalim, agresivnije praćenje i kontrolu različitih patogena, posebno Cryptosporidiuma. Taj mikrob, koji može uzrokovati teške bolesti ili smrt, vrlo je otporan na dezinfekcijske prakse na bazi klora. Kao sredstvo za smanjenje prijetnje, EPA je pozvala na liječenje vode ultraljubičastim (UV) zračenjem, koje također služi kao "sekundarna prepreka" za inaktivaciju (sprečavanje reprodukcije) drugih ključnih patogena kao što su adenovirus i drugi virusi, kao i bakterija i parazita kao što je Giardia.
Voda se tretira cilindričnim UV svjetiljkama suspendiranim u cijevima, a osvjetljenje prate susjedne senzorske jedinice. Svaki patogen ima drugačiji inaktivacijski odgovor na različite valne duljine, a sada se čini da su određeni patogeni najosjetljiviji na valne duljine kraće od najkraćih u spektru koje proizvode konvencionalne svjetiljke. Međutim, nedavni napredak u tehnologiji UV svjetiljki srednjeg tlaka (MP) doveo je do povećanog izlaza UV svjetla na valnim duljinama manjim od 240 nm, što je potaknulo istraživače da riješe brojna neriješena pitanja.
Ta pitanja uključuju: Koje su valne duljine ili kombinacije valnih duljina (nazvane "akcijske spektre") najučinkovitije na kojim patogenima? Koliko je zračenja potrebno za postizanje "4-log" (99,99%) inaktivacija za različite mikrobe? Kako se nova generacija UV izvora i senzora može pouzdano kalibrirati i potvrditi u vodenim objektima svih veličina diljem Amerike? I koliko točno benigni mikrobi, koji se koriste kao surogati patogena testiranjem objekata, predstavljaju performanse inaktivacije u ciljanim mikroorganizmima na različitim valnim duljinama?
Sva ta pitanja i još mnogo toga pod istragom su projekta suradnje s više organizacija, na čelu s Karlom Lindenom na Sveučilištu Colorado i koji financira Zaklada za istraživanje vode*, s ciljem eventualnog razvoja smjernica za testiranje budućih sustava pomoću MP živinih para svjetiljki kao UV izvora.
"Većina podataka o spektralnom odgovoru za različite patogene postavljena je za niskotlačne (LP) živine parne svjetiljke kao UV izvore unutar vodovodnih cijevi", kaže Thomas Larason iz NIST-ove Skupine za optičko zračenje, koji vodi doprinos PML-a projektu vode. "Te svjetiljke proizvode relativno uski UV spektar usredotočen na 254 nm, a ponekad se nazivaju i 'germicidne UV' svjetiljke. Međutim, nova pravila EPA-e zahtijevaju veće doze, a pozornost se preusmjerila na izvore srednjeg tlaka, koji proizvode mnogo širi UV spektar, uključujući valne duljine ispod 240 nm, i nude potencijalne uštede energije. No, učinci kraćih valnih duljina na patogene nisu dobro okarakterizirani. Za neke mikrobe do sada je napravljena samo jedna studija."
Ti podaci upućuju na to da postoji dramatična razlika u inaktivaciji različitih mikroba na različitim valnim duljinama ispod 250 nm. Ranije ove godine, istraživačka skupina za vodene projekte zadužena za proučavanje tih učinaka pitala je Larasona može li PML pružiti precizne UV doze od uređaja kalibriranih NIST-om do raznih bakterija i virusa kako bi se utvrdili njihovi akcijski spektri. Larason je taj zahtjev odnio u PML-ov objekt SIRCUS (Spectral Irradiance and Radiance Responsivity Calibrations Using Uniform Sources), koji kao izvore zračenja koristi kontinuirano podešljive lasere. U kratkom vremenu, osoblje SIRCUS-a odnijelo je prijenosni laser i pripadajući aparat u laboratorij za testiranje projekta u Vermontu na studije koje bi trebale biti završene krajem ove godine.
Sircus oprema emitira zračenje od 210 nm tijekom eksperimentalnog raspona interesa u obliku gotovo kolimirane zrake koja pogađa mikrobne uzorke, koji se čuvaju u Petrijevim posudama smještenim ispod izlaza zrake.
"U ovoj fazi", kaže Larason, "pružamo opremu i stručnost kako bismo pomogli projektu da pronađe stvarne karakteristike odgovora na dozu za različite mikrobe na kratkim valnim duljinama. Između ostalog, to će odrediti koliko energije trebate u MP lampi, što zauzvrat utječe na troškove energije. Nakon toga, mogli bismo se uključiti u osmišljavanje standarda kalibracije i validacije za izvore i senzore u rasponu od 200 nm do 300 nm. Ali prerano je reći kamo će sve to dovesti."
Međutim, nije prerano da Američka udruga za vodne radove izrazi svoju zahvalnost. U pismu koje je u rujnu 2012. godine dala direktorici PML-a Katharine Gebbie, udruga je pohvalila "jedinstvenu stručnost i alate" koje je na projekt donijela Larason zajedno s Keithom Lykkeom, Stevenom Brownom, Ping-Shine Shawom i Mikeom Linom iz SIRCUS-a. Njihov rad "pruža informacije ključne za naše razumijevanje inaktivacije patogena UV spektrom niske valne duljine" koji će "definirati dizajn liječenja za liječenje UV zraka srednjeg tlaka u pitkoj vodi diljem Sjedinjenih Država", navodi se u pismu.
Zahvaljujući doprinosu istraživača NIST-a i opreme SIRCUS, suradnja je odredila odgovornost valne duljine specifičnih patogena i povezanih surogata s većom točnošću.
"Koristeći NIST-ov UV laser, razvili smo zlatni standard za mjerenje odgovora valne duljine testnih mikroba i patogena koji se prenose vodom za primjene UV dezinfekcije diljem SAD-a", kaže Harold Wright iz carollo engineers, Inc. u Boiseu, ID, suradnik istraživačkog projekta. "Surađivao sam s Tomom Larasonom i ljudima iz NIST-a na dva projekta dezinfekcije UV zračenja pod pokroviteljstvom Zaklade za istraživanje vode. S oba projekta donijeli su na stol razinu stručnosti u primjeni i mjerenju ultraljubičastog svjetla koje je neusporedivo u našoj industriji."
Suradnja također može imati posljedice izvan pitanja sigurnosti pitke vode. "Proširuje trenutna područja istraživanja uz minimalna ulaganja u novu opremu i radnu snagu", kaže Larason. "Ali primjenjiv je i izvan mikrobiologije na druga tehnološka područja kao što su obrada materijala (UV stvrdnjavanje), medicinski (uređaji za testiranje koji mjere izloženost UV zračenju) i proširene mogućnosti kalibracije za zračenje i dozu."
